Onderzoekers hebben het bestaan ​​van een natuurlijk voorkomende exotische eigenschap bevestigd waarbij een materiaal dikker wordt wanneer het wordt uitgerekt - het tegenovergestelde van de meeste materialen - een ontdekking die zou kunnen leiden tot nieuwe studies naar de fundamentele wetenschap van het gedrag van nanomaterialen.

Het contra-intuïtieve fenomeen, auxetisch gedrag genoemd, is uitgebreid bestudeerd in technische constructies die potentiële toepassingen hebben in de geneeskunde, weefsel engineering, kogelvrije vesten en "versterkte bepantsering."

Echter, tot nu toe is het gedrag niet bevestigd in natuurlijke materialen, zei Peide Ye, Purdue University's Richard J. en Mary Jo Schwartz hoogleraar elektrische en computertechniek.

Het auxetische gedrag werd ontdekt in een materiaal dat zwarte fosfor wordt genoemd.

Het fenomeen wordt bepaald door een fundamentele mechanische eigenschap van materialen, de Poisson-ratio genaamd, die kenmerkt hoe een materiaal zich gedraagt ​​wanneer het wordt uitgerekt. De meeste materialen worden dunner wanneer ze worden uitgerekt en wanneer ze worden samengedrukt, worden ze dikker, en er wordt gezegd dat ze een positieve Poisson-ratio hebben.

"Een negatieve Poisson-ratio is theoretisch mogelijk, maar tot nu toe niet, met enkele uitzonderingen van door de mens gemaakte constructies, experimenteel waargenomen in natuurlijke materialen, "Je zei. "Hier, we laten zien dat de negatieve Poisson-verhouding bestaat in het natuurlijke materiaal zwarte fosfor."

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die op 23 september in het tijdschrift verscheen Nano-letters .

"Tot nu, er is een gebrek aan experimenteel bewijs sinds de meting van interne vervorming in auxetische materialen, met name op atomair niveau, is buitengewoon moeilijk, " zei je.

Onderzoekers gebruikten een techniek genaamd Raman-spectroscopie om de negatieve Poisson-verhouding in extreem dunne, afzonderlijke lagen zwarte fosfor, fosforeen genaamd. Het onderzoek was gebaseerd op het Birck Nanotechnology Centre in Purdue's Discovery Park.

Het Nano Letters-artikel is geschreven door promovendus Yuchen Du; voormalig postdoctoraal onderzoeksmedewerker Jesse Maassen; afgestudeerde studenten Wangran Wu en Zhe Luo; Xianfan Xu, de James J. en Carol L. Shuttleworth hoogleraar werktuigbouwkunde en hoogleraar elektrische en computertechniek; en je. Du voerde de meeste experimenten uit. Maassen voerde het theoretische werk uit dat cruciaal was voor het onderzoek. Hij is nu een assistent-professor natuurkunde aan de Dalhousie University in Nova Scotia, Canada.

De onderzoekers concentreerden zich op de unieke gebobbelde kristalstructuur van het materiaal waarin atomen in een golvend patroon zijn gerangschikt. Zoals silicium, het materiaal heeft een bandgap, een eigenschap die essentieel is voor het vermogen van een halfgeleider om in elektronische circuits in en uit te schakelen. Het materiaal heeft ook een relatief hoge "dragermobiliteit, " wat betekent dat het zeer geleidend is en nuttig kan zijn voor technologische toepassingen.

Toekomstig onderzoek zal onder meer onderzoeken of de negatieve Poisson-verhouding bestaat in andere zogenaamde "tweedimensionale" materialen, inclusief extreem dunne lagen grafiet, grafeen genaamd.